地下工程设计和地下工程施工是土木工程专业（地下工程方向）开设的两门重要的专业课，岩土体的受力和变形计算（地下工程中主要荷载来源之一）、隧道结构在外荷载作用下的受力和变形计算（结构设计）以及隧道的施工过程等知识是学生需要掌握的课程内容，除了学习这些理论知识，认识隧道工程从设计到施工建成的整个过程也至关重要，既可使学生充分认识理论知识与实践知识之间的过渡，也可串联学生所学的各种基础理论、室内实验、现场实习等知识，增强学生工程实践和创新意识、专业思考能力。

对比传统地下工程设计和地下工程施工及其课程设计，主要存在以下几个方面的问题：（1）地下工程是怎样一步步建成的？从地下工程设计到施工涉及到哪些理论知识、实验基础？让学生意识到地下工程从设计到施工是一个系统工程，之前学的理论知识和实验都是这个系统的重要环节；（2）地下结构设计中受力和变形计算都是以公式和数值进行表示，最大受力和位移位置没有直观的展示，增加了学生的理解难度；（3）一般工程都是一次性工程，如何从三维动态的角度去施工流程设计和安全防护设计？进而保证施工质量和施工工期。因为存在上述问题，学生没办法从设计和施工的整个流程去升华所学的地下工程设计和地下工程施工课程，甚至无法理解很多实验课程。另外，地下工程设计和地下工程施工课程是相辅相成的，设计指导施工，施工反馈设计的合理性，修正设计的不合理性。且地下工程问题采用实际尺寸实验较困难，学生难以理解设计和施工过程的细节问题，传统的教学方法增加了学习的困难性、限制了学生的学习积极性、较难激发学生的兴趣，在学完地下工程设计和地下工程施工课程后，难以立体的、全方位的认识对地下工程。

针对上述实验教学问题，克服传统教学模式的弊端，突破时空、地域的限制，充分利用先进的虚拟仿真技术，以“能实不虚”、“虚实结合”为原则，开展虚拟仿真实验，把盾构隧道洞身结构设计的过程、施工过程，通过虚拟仿真的方式直观地呈现给学生，使他们真正学习到地下工程的设计和施工，掌握设计和施工中可能遇到的问题。通过建立虚拟仿真实验，使学生通过系统的“虚实结合”综合实验训练，将理论课程所学内容系统联系并应用，借助虚拟仿真实验让学生“真实”操作和学习盾构隧道洞身设计和施工的过程，熟悉设计和施工需要注意的问题；同时通过虚拟仿真可实现学生交互式设计参数、分析土体变形和管片变形原因，提高学生学习地下工程设计和施工的兴趣。使学生依据虚拟现实技术的真实还原场景，弥补现实实验无法完成的设计和施工展示；调动学生实验的积极性和主动性，使学生自主进行实验设计、操作及其验证，从而帮助学生深入理解和领会课堂教学所学的理论知识，加强学生实践能力和创新意识培养。